基于ICCOS的电感储能连续脉冲电源拓扑研究

作     者：梁晓宇 

作者单位：山东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李海涛

授予年度：2021年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：脉冲电源 连续脉冲 超导储能 超导脉冲变压器 ICCOS技术 

摘      要：脉冲功率技术在现代国防科学和高精尖技术领域占有重要的地位,是世界各国争相发展的学科之一。脉冲功率电源是脉冲功率系统中重要的组成部分,负责为整个系统提供需要的电脉冲,随着超导技术和半导体开关的发展,电感储能脉冲电源逐渐成为发展实用化脉冲功率电源的可行选择,是当前和未来一段时间内脉冲功率技术领域炙手可热的研究课题之一。为满足脉冲功率电源日益发展的性能需求,课题组在之前的工作中提出了一种基于桥式转换电路的连续脉冲电源电路,该电路使用高温超导脉冲变压器作为储能载体,利用转换电容器收集漏感和限制开关的过电压,具有良好的发展潜力。然而,该电路采用全控型器件作为主开关,其换流能力有限且成本较高,一定程度上限制了该电路的应用能级。为了解决这个问题,本文借鉴了反向换流技术（ICCOS）在XRAM电路和STRETCH meat grinder电路上的应用,提出了一种基于ICCOS技术的电感储能连续脉冲电源电路。该电路以基于桥式转换电路的连续脉冲电源电路为基础,将产生反向脉冲的功能集成到了辅助电容器中,并将断路开关由绝缘栅型双极性晶体管（IGBT）替换为了晶闸管。通过对改进电路进行理论分析和仿真研究,发现其保留了产生连续脉冲的能力,且辅助电容器仍可收集漏感能量并限制断路开关过电压。然后,将改进电路与原电路进行了全面对比,充分证明了改进电路在性能,成本和可靠性上的优势。接着,为了研究改进电路的参数与性能指标之间的关系,对电路进行了分阶段求解分析,在理论分析的基础上,进一步推导了电路主要性能指标的表达式。分析结果表明,通过合理的选择电路参数,改进电路可获得需要的性能指标,达到比较理想的工作状态。最后,根据脉冲电源电路的实验拓扑图搭建了对应的实验平台并进行了低温测试。在液氮温度下,充电电流达到110A,输出脉冲达到1.28k A,电流放大倍数达到11.6,实验结果证明了该电路的可行性和电路理论分析的正确性。综上所述,本文提出的基于ICCOS的电感储能连续脉冲电源电路在应用等级和实际成本方面比原电路更具优势,可以作为基于高温超导脉冲变压器的电感储能脉冲电源研究领域的一个有益补充。